WO2022015065A1 - 배터리 관리 장치 - Google Patents

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control signal
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김영중
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LG Energy Solution Ltd
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery management apparatus, and more particularly, to a battery management apparatus capable of managing a battery in consideration of mobility of lithium ions according to the temperature of the battery.
  • These batteries can be charged or discharged as lithium ions move from the positive electrode to the negative electrode or from the negative electrode to the positive electrode through an electrolyte. That is, the battery is charged or discharged by the movement of lithium ions, and when the temperature of the battery is lowered to a specific temperature or less, the electrolyte may be frozen and the mobility of lithium ions may be significantly reduced. For example, when the temperature of the battery is lowered to -40°C or less, the mobility of lithium ions is significantly reduced, and thus the battery may not be charged or discharged.
  • Patent Document 1 a technology of driving a heater when the temperature of the battery reaches a critical temperature.
  • Patent Document 1 measures the temperature of the lithium battery with a temperature sensor, and when the temperature of the lithium battery is below the first threshold temperature, the operation state of the switch is controlled to the turn-on state to supply power to the battery heater, and lithium Disclosed is a battery system that blocks power supplied to a battery heater by controlling an operation state of a switch to a turn-off state when the temperature of the battery is equal to or greater than a second threshold temperature.
  • the battery system of Patent Document 1 compares the temperature of the lithium battery with the first threshold temperature and the second threshold temperature through the control unit (processing module), and directly controls the operating state of the switch according to the comparison result. If the battery system is continuously exposed to low temperatures while the power of the battery system is turned off, and the internal temperature of the battery system is out of an appropriate temperature range in which the controller can be operated, the controller may not operate normally. In this case, there is a problem that the temperature of the battery cannot be compared with the first threshold temperature, and the operating state of the switch cannot be controlled.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a battery management device capable of increasing the temperature of the battery without control by a processing module when the temperature of the battery is below a specific temperature.
  • a battery management device includes a heating cell configured to be connected in parallel with a battery; a first switch connected between a charging/discharging path through which a current for charging and discharging the battery flows and the heating cell, and configured to open and close a path between the charging/discharging path and the heating cell according to an operating state; a heating element connected in parallel with the heating cell and configured to generate heat when receiving current from the heating cell to increase the temperature of the battery; a second switch connected between the heating element and the heating cell and configured to open and close a path where the heating element and the heating cell are connected according to an operating state; and respectively connected to the first switch and the second switch, connected between the battery and the first switch to receive the voltage of the battery, and operating the first switch and the second switch according to the received voltage It may include a heating control unit configured to control each state.
  • the heating control unit may be configured to differently control the operating states of the first switch and the second switch.
  • the heating control unit generates a control signal corresponding to the input voltage, generates an inverted signal of the control signal, outputs the control signal to the first switch, and outputs the inverted signal to the second switch can be configured to
  • the heating element when the operating state of the first switch is controlled to the turn-off state by the heating control unit, and the operating state of the second switch is controlled to the turn-on state, the current supplied from the heating cell It may be configured to generate heat by
  • a battery management device is provided in a path through which the inverted signal passes between the heating control unit and the second switch, and is configured to delay a time at which the inverted signal is input to the second switch. It may further include a delay unit.
  • the inversion signal may be configured to be input to the second switch after the control signal is input to the first switch.
  • the signal delay unit may include: a resistor configured to be connected between the heating control unit and the second switch; and a capacitor having one end connected between the resistor and the second switch and the other end connected to the ground.
  • the heating control unit may include: a buffer configured to receive the voltage of the battery through an input terminal, generate a control signal having the same magnitude as the received voltage, and output the generated control signal through an output terminal; and an inverter connected to the output terminal of the buffer to receive the control signal, generate the inverted signal with respect to the received control signal, and output the generated inverted signal to the second switch.
  • the heating control unit receives the voltage of the battery through a first input terminal, receives a reference voltage through a second input terminal, and compares the magnitudes between the voltage of the battery and the reference voltage to have high signal levels different from each other.
  • a comparator configured to generate a level signal or a low level signal as the control signal, and output the generated control signal through an output terminal; and an inverter connected to the output terminal of the comparator to receive the control signal, generate the inverted signal with respect to the received control signal, and output the generated inverted signal to the second switch.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention may include the battery management apparatus according to an aspect of the present invention.
  • the battery in an emergency situation in which the temperature of the battery drops below a specific temperature, the battery can operate normally by heating the heating element without going through a systematic process to increase the temperature of the battery. There is this.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an exemplary configuration of a battery pack including a battery management apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an exemplary configuration of the battery pack of FIG. 2 in more detail.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an exemplary configuration of a battery pack including a battery management apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an exemplary configuration of the battery pack of FIG. 4 in more detail.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an exemplary configuration of the battery pack of FIG. 5 in more detail.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating an exemplary configuration of a battery pack including a battery management apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a diagram schematically illustrating an exemplary configuration of a battery pack 1 including the battery management apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery management apparatus 100 includes a heating cell 110 , a first switch 120 , a heating element 130 , a second switch 140 , and a heating control unit 150 .
  • the heating cell 110 may be configured to be connected in parallel with the battery 10 .
  • the battery 10 and/or the heating cell 110 may refer to a single, physically separable, independent secondary battery having a negative terminal and a positive terminal.
  • the battery 10 and/or the heating cell 110 may refer to a cell assembly in which one or more secondary batteries are connected in series and/or in parallel.
  • the mobility of lithium ions included in the battery 10 is significantly reduced, so that the battery 10 may not be discharged normally.
  • the temperature of the battery 10 is about -40° C. or less, the electrolyte is frozen and the mobility of lithium ions is significantly reduced, and the voltage of the battery 10 may be close to about 0 [V]. That is, the mobility of lithium ions is significantly reduced, so that the battery 10 may not be charged and discharged.
  • the battery 10 and the heating cell 110 may be connected to each other in parallel.
  • the first switch 120 may be configured to be connected between the charging/discharging path L through which a current for charging and discharging the battery 10 flows and the heating cell 110 .
  • the charging/discharging path L may be a path through which a charging current applied to the battery 10 from the load 20 and a discharging current output from the battery 10 to the load 20 flow.
  • a path connecting the positive electrode (P+) of the battery pack 1, the battery 10, and the negative electrode (P-) of the battery pack 1 may be a charge/discharge path (L).
  • the battery 10 may receive a charging current from the load 20 through the charging/discharging path L or may output a discharging current to the load 20 .
  • one end of the first switch 120 may be connected to the charge/discharge path L. And, the other end of the first switch 120 may be connected to one end of the heating cell (110). Accordingly, the heating cell 110 may be connected in parallel with the battery 10 through the first switch 120 and the charge/discharge path L.
  • the first switch 120 may be configured to open and close a path between the charging/discharging path L and the heating cell 110 according to an operating state.
  • the heating cell 110 may be connected to the charge/discharge path L through the first switch 120 . Accordingly, the path between the heating cell 110 and the charging/discharging path L may be opened and closed according to the operating state of the first switch 120 .
  • the operating state of the first switch 120 may be a turn-on state or a turn-off state.
  • the heating cell 110 and the charge/discharge path L may be connected.
  • the connection between the heating cell 110 and the charge/discharge path L may be blocked.
  • the heating cell 110 may be charged by the battery 10 .
  • the heating element 130 may be configured to be connected in parallel with the heating cell 110 .
  • one end of the heating element 130 may be connected to one end of the heating cell 110 , and the other end of the heating element 130 may be connected to the other end of the heating cell 110 .
  • the heating element 130 may be configured to generate heat when receiving current from the heating cell 110 to increase the temperature of the battery 10 .
  • the heating element 130 may be an element that generates heat when current flows.
  • any configuration that can generate heat when a current is applied from the heating cell 110 such as a thermoelectric element, a heating resistor, or a heating pad, may be applied to the heating element 130 without limitation.
  • the heating element 130 may form a closed circuit with the heating cell 110 to receive current from the heating cell 110 . As the current output from the heating cell 110 passes through the heating element 130 , the heating element 130 may be heated to radiate heat.
  • the battery 10 may be provided at a position where the heat generated by the heat generating element 130 can be conducted. That is, the heat generated by the heat generating element 130 is conducted to the battery 10 , thereby increasing the temperature of the battery 10 .
  • the second switch 140 may be configured to be connected between the heating element 130 and the heating cell 110 .
  • one end of the second switch 140 may be connected to one end of the heating cell 110 .
  • the other end of the second switch 140 may be connected to one end of the heating element 130 . That is, the second switch 140 may be connected between the heating cell 110 and the heating element 130 . Accordingly, the heating cell 110 , the second switch 140 , and the heating element 130 may form a closed circuit.
  • the second switch 140 may be configured to open and close a path in which the heating element 130 and the heating cell 110 are connected according to an operating state.
  • the operating state of the second switch 140 may be a turn-on state or a turn-off state.
  • the heating cell 110 and the path provided with the heating element 130 may be connected.
  • the operating state of the second switch 140 is a turn-off state, the connection between the heating cell 110 and the heating element 130 may be blocked.
  • the path where the heating cell 110 and the heating element 130 are connected may be opened and closed according to the operating state of the second switch 140 . If the operating state of the second switch 140 is a turn-on state, the heating cell 110 and the heating element 130 are electrically connected to each other, and the current output from the heating cell 110 is the heating element 130 . ) can flow. In this case, the heating element 130 is heated, and heat generated from the heating element 130 may be conducted to the battery 10 .
  • the heating control unit 150 may be configured to be respectively connected to the first switch 120 and the second switch 140 .
  • the heating control unit 150 may be connected to the first switch 120 and the second switch 140 .
  • the heating control unit 150 may be configured to be connected between the battery 10 and the first switch 120 to receive the voltage of the battery 10 .
  • the voltage sensing line SL of the heating control unit 150 may be connected to the charge/discharge path L between the battery 10 and the first switch 120 .
  • the heating control unit 150 may receive the voltage of the battery 10 through the voltage sensing line SL connected to the charge/discharge path L.
  • the heating control unit 150 may be configured to control the operating states of the first switch 120 and the second switch 140 according to the received voltage, respectively.
  • the heating control unit 150 may be configured to control the operating states of the first switch 120 and the second switch 140 differently from each other. That is, the heating control unit 150 may differently control the operating states of the first switch 120 and the second switch 140 according to the voltage of the battery 10 received through the voltage sensing line SL. have.
  • the heating control unit 150 may control the operation state of the first switch 120 to the turn-on state, and control the operation state of the second switch 140 to the turn-off state.
  • the current output from the battery 10 may be applied to the load 20 to supply power to the load 20 .
  • the current output from the battery 10 may be applied to the heating cell 110 through the first switch 120 , so that the heating cell 110 may be charged.
  • the heating control unit 150 may control the operating state of the first switch 120 to the turn-off state, and control the operating state of the second switch 140 to the turn-on state.
  • the current output from the heating cell 110 may be applied to the heating element 130 through the second switch 140 , so that the heating element 130 may be heated.
  • the heating control unit 150 Preferably, in a low-temperature situation in which the battery 10 is not normally discharged, the heating control unit 150 generates heat by controlling the operating state of the second switch 140 to a turn-on state based on the voltage of the battery 10 .
  • the element 130 may be heated.
  • the heating control unit 150 controls the operation state of the second switch 140 to a turn-off state so that the heating element 130 is heated. can stop being
  • the controller may control the operating state of the first switch 120 to be turned on to charge the discharged heating cell 110 to heat the heating element 130 .
  • the heating cell 110 may be configured to include an electrolyte having a lower freezing point than the electrolyte of the battery 10 so that it can be operated even in a low-temperature situation.
  • the surface of the heating cell 110 may be coated with one or more insulating materials such as airgel (Aerogel).
  • the battery management apparatus 100 increases the temperature of the battery 10 by heating the heating element 130 in an emergency situation in which the temperature of the battery 10 falls below a specific temperature. By doing so, there is an advantage that the battery 10 can operate normally.
  • the heating control unit 150 may be configured to generate a control signal corresponding to the received voltage.
  • the control signal may be a high-level signal or a low-level signal.
  • the operation state of the first switch 120 or the second switch 140 can be controlled to the turn-on state. It may be a signal with And, even when the low level signal is applied to the first switch 120 or the second switch 140 , the operation state of the first switch 120 or the second switch 140 cannot be controlled to the turn-on state. It may be a signal with
  • the heating control unit 150 may generate a control signal having a magnitude corresponding to 0 [V]. Even when the control signal having a magnitude corresponding to 0 [V] is applied to the first switch 120 or the second switch 140 , the operating state of the first switch 120 or the second switch 140 is turned on. Since it is possible to control the state, the control signal having a magnitude corresponding to 0 [V] may be a low-level signal.
  • heating control unit 150 may be configured to generate an inversion signal of the control signal.
  • the inverted signal when the generated control signal is a low-level signal, the inverted signal may be a high-level signal. Conversely, when the generated control signal is a high level signal, the inverted signal may be a low level signal.
  • the heating control unit 150 may be configured to output the control signal to the first switch 120 and output the inverted signal to the second switch 140 .
  • the operating state of the first switch 120 and the second switch by the heating control unit 150 may be controlled differently from each other.
  • the operating state of the first switch 120 is a turn-on state
  • the operating state of the second switch 140 may be a turn-off state.
  • the operation state of the second switch 140 may be a turn-on state.
  • the operating state of the first switch 120 is controlled to a turn-off state by the heating control unit 150 , and the operating state of the second switch 140 is turned on -
  • the operating state of the second switch 140 is turned on -
  • it may be configured to generate heat by the current supplied from the heating cell 110 .
  • the heating cell 110 and the charging/discharging path ( L) may be disconnected.
  • the heating cell 110 , the second switch 140 , and the heating element 130 may form a closed circuit. Accordingly, the current output from the heating cell 110 may be applied to the heating element 130 , and heat may be generated in the heating element 130 .
  • the temperature of the battery 10 is below a specific temperature, since some of the current output from the heating cell 110 is applied to the load 20 and is lost, the heating of the heating element 130 may not proceed quickly. can In addition, due to this loss of current, there is a problem in that the energy consumed to heat the heating element 130 is consumed too much.
  • the heating control unit 150 has the advantage of efficiently heating the heating element 130 by controlling the operating states of the first switch 120 and the second switch 140 differently from each other.
  • FIG. 3 is a diagram showing an exemplary configuration of the battery pack 1 of FIG. 2 in more detail.
  • the heating control unit 150 may include a buffer 151 and an inverter 152 .
  • the buffer 151 may be configured to receive the voltage of the battery 10 through an input terminal.
  • the voltage sensing line SL may be connected to the first input terminal (+) of the buffer 151 .
  • the buffer 151 may receive the voltage of the battery 10 through the voltage sensing line SL connected to the first input terminal (+).
  • the buffer 151 may be configured to generate a control signal having the same magnitude as the received voltage.
  • a voltage follower may be applied to the buffer 151 .
  • the buffer 151 may generate a control signal having the same magnitude as the voltage of the battery 10 received through the voltage sensing line SL.
  • the buffer 151 may be operated by being applied with a driving voltage of 5 [V] through a voltage source separate from the battery 10 .
  • the buffer 151 may be configured to output the generated control signal through the output terminal (O).
  • the inverter 152 may be connected to the output terminal O of the buffer 151 and configured to receive the control signal.
  • control signal output from the output terminal O of the buffer 151 may be input to the first switch 120 and the inverter 152 .
  • the line connected to the output terminal O of the buffer 151 and outputting the control signal is the unit line connected to the first switch 120 at the branch point BP, the inverter 152 and the It can be branched into connected unit lines. Accordingly, the control signal output from the buffer 151 may be input to the inverter 152 as well as the first switch 120 .
  • the inverter 152 may be configured to generate the inverted signal with respect to the received control signal.
  • the inverter 152 may be a logic circuit having an input signal and an inverted output. Specifically, when the control signal output from the output terminal O of the buffer 151 is a low-level signal, the inverter 152 may generate a high-level signal. Conversely, when the control signal output from the output terminal O of the buffer 151 is a high level signal, the inverter 152 may generate a low level signal.
  • the inverter 152 may be configured to output the generated inverted signal to the second switch 140 .
  • the control signal output from the first switch 120 is input to the first switch 120 and the inverter 152 , and the inverted signal output from the inverter 152 is the second switch 140 .
  • the operating states of the first switch 120 and the second switch 140 may be controlled to be different from each other.
  • the heating control unit 150 may not be configured with a processing module such as a central processing unit (CPU), a microcontroller, a processor, or an application-specific integrated circuit (ASIC) known in the art.
  • the above-described processing module may be manufactured to operate normally at an appropriate temperature. Accordingly, in an extremely low-temperature situation in which the mobility of lithium ions is significantly reduced, the above-described processing module may not operate normally. That is, in an emergency situation in which the battery 10 is not normally discharged, the processing module may not operate.
  • the heating control unit 150 is one or more devices capable of automatically generating and outputting a control signal and an inversion signal to correspond to the voltage of the battery 10 input through the voltage sensing line SL. can be composed of Therefore, even in a low-temperature situation in which the battery 10 is not normally discharged, the heating control unit 150 may automatically control the first switch 120 and the second switch 140 to heat the heating element 130 .
  • the battery management apparatus 100 uses the heating control unit 150 that is not provided with a separate processing module, thereby quickly solving an emergency situation in which the battery 10 is not normally discharged.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an exemplary configuration of a battery pack 1 including the battery management apparatus 100 according to another embodiment of the present invention.
  • the battery management apparatus 100 allows an inverted signal to be input to the second switch 140 after a control signal is input to the first switch 120 .
  • it may further include a signal delay unit 160 configured to delay an input time of the inverted signal to the second switch 140 .
  • the signal delay unit 160 may be configured to be provided in a path through which the inversion signal passes between the heating control unit 150 and the second switch 140 .
  • the inverted signal output from the heating control unit 150 may be input to the second switch 140 through the signal delay unit 160 .
  • the signal delay unit 160 may be provided in a path between the heating control unit 150 and the second switch 140 .
  • the inverted signal may be input from the heating control unit 150 to the second switch 140 through the path provided with the signal delay unit 160 .
  • the signal delay unit 160 may be configured to delay a time at which the inverted signal is input to the second switch 140 .
  • the inverted signal may be configured to be input to the second switch 140 after the control signal is input to the first switch 120 .
  • the signal delay unit 160 transmits the inverted signal output from the heating control unit 150 to the second switch 140 so that the control signal output from the heating control unit 150 is first input to the first switch 120 .
  • the input time can be delayed.
  • FIG. 5 is a diagram showing an exemplary configuration of the battery pack 1 of FIG. 4 in more detail.
  • the signal delay unit 160 may be configured to include a resistor 161 and a capacitor 162 .
  • the resistor 161 may be configured to be connected between the heating control unit 150 and the second switch 140 .
  • one end of the resistor 161 may be connected to the output terminal O of the inverter 152 .
  • the other end of the resistor 161 may be connected to the second switch 140 . That is, the inverted signal output from the output terminal O of the inverter 152 may be input to the second switch 140 through the resistor 161 .
  • the capacitor 162 may be configured such that one end is connected between the resistor 161 and the second switch 140 and the other end is connected to the ground.
  • one end of the capacitor 162 may be connected to a path between the resistor 161 and the second switch 140 .
  • the other end of the capacitor 162 may be connected to a path between the battery 10 and the negative electrode P ⁇ of the battery pack 1 among the charge/discharge paths L. That is, in the embodiment of FIG. 5 , the other end of the capacitor 162 may be connected to the ground of the charge/discharge path L. Unlike the embodiment of FIG. 5 , the other end of the capacitor 162 may be connected to a separate ground.
  • the signal delay unit 160 may be configured as an RC filter including a resistor 161 and a capacitor 162 .
  • the inverted signal output from the inverter 152 may be input to the capacitor 162 after passing through the resistor 161 , and may be input to the second switch 140 after the capacitor 162 is charged. That is, the time the inverted signal is input to the second switch 140 may be delayed by the amount of time that the capacitor 162 is charged by the received inverted signal.
  • the control signal output from the buffer 151 is input to the first switch 120 without passing through the signal delay unit 160 , the inverted signal is inputted to the first switch 120 after the control signal is input to the first switch 120 . 2 may be input to the switch 140 .
  • the operating state of the first switch 120 may be a turn-on state
  • the operating state of the second switch 140 may be a turn-off state.
  • the control signal output from the heating control unit 150 may be a low level signal
  • the inverted signal may be a high level signal. If the input of the inverted signal to the second switch 140 precedes the input of the control signal to the first switch 120 , both the operating states of the first switch 120 and the second switch 140 are instantaneously turned - May be on.
  • the battery management apparatus 100 delays the time at which the inverted signal is input to the second switch 140 , so that the operating state of the first switch 120 is first switched and then the second
  • the above-described problem can be solved by changing the operating state of the switch 140 .
  • FIG. 6 is a diagram showing an exemplary configuration of the battery pack 1 of FIG. 5 in more detail.
  • an N-channel metal-oxide semiconductor field effect transistor may be applied to the first switch 120 and the second switch 140 .
  • the gate terminal G of the first switch 120 is connected to the branch point BP, the drain terminal D is connected to the charge/discharge path L, and the source terminal S is the heating cell 110 .
  • the gate terminal G of the second switch 140 is connected between the other end of the resistor 161 and one end of the capacitor 162 , and the drain terminal D is the source terminal S of the first switch 120 .
  • the heating cell 110 and the source terminal S may be connected to the heating element 130 .
  • the operating state of the first switch 120 is turn- The off state may be controlled, and the operation state of the second switch 140 may be controlled as a turn-on state.
  • a minute current may flow from the heating cell 110 to the charge/discharge path L through the body diode included in the first switch 120 .
  • the magnitude of the minute current flowing through the body diode included in the MOSFET is negligibly small, most of the current output from the heating cell 110 is applied to the heating element 130 and the heating element ( 130) can be quickly heated.
  • a third switch (not shown) is connected to the first switch 120 and the charge/discharge path L in order to block the minute current flowing through the body diode included in the first switch 120 . It may be further provided in between.
  • the battery pack 1 may further include a third switch between the first switch 120 and the charge/discharge path L.
  • the third switch may have a drain terminal connected to the drain terminal D of the first switch 120 , a source terminal connected to the charge/discharge path L, and a gate terminal connected to the branch point BP.
  • the body diode included in the third switch may be configured in a forward direction toward the first switch 120 .
  • the body diode included in the third switch may be configured in a forward direction from the source terminal to the drain terminal of the third switch.
  • the operation state of the third switch may be controlled to be the same as the operation state of the first switch 120 .
  • the operating state of the third switch is also controlled to the turn-on state by the heating control unit 150 have.
  • the operating state of the third switch may also be controlled to the turn-off state by the heating control unit 150 .
  • the operating states of the first switch 120 and the third switch are turned off. state, and the operation state of the second switch 140 may be controlled as a turn-on state.
  • a minute current flowing from the heating cell 110 to the charge/discharge path L through the body diode included in the first switch 120 may be blocked by the third switch. Accordingly, since all the current output from the heating cell 110 may be applied to the heating element 130 through the second switch 140 , the heating of the heating element 130 may proceed more quickly.
  • the first switch 120 , the second switch 140 , and the third switch are not limited to N-channel MOSFETs, but switching capable of opening and closing installed paths such as P-channel MOSFETs, FETs, relays, or contactors. Note that any device may be applied without limitation.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating an exemplary configuration of a battery pack 1 including the battery management apparatus 100 according to another embodiment of the present invention.
  • the heating control unit 150 may include a comparator and an inverter 152 .
  • the comparator compares the magnitude of the first signal input through the first input terminal (+) with the magnitude of the second signal input through the second input terminal (-), and outputs an output signal corresponding to the comparison result can be configured to
  • the comparator may be configured to receive the voltage of the battery 10 through the first input terminal (+). That is, the first input terminal (+) of the comparator may be connected to the voltage sensing line SL.
  • the comparator may be configured to receive a reference voltage through the second input terminal ( ⁇ ).
  • the reference voltage may be set to the lowest voltage capable of controlling the operation state of the first switch 120 or the second switch 140 to the turn-on state.
  • the comparator compares the magnitude between the voltage of the battery 10 and the reference voltage to generate a high-level signal or a low-level signal having different signal levels as the control signal, and outputs the generated control signal to the output terminal O It may be configured to output through
  • the comparator is configured to output a high level signal when the level of the voltage of the battery 10 is greater than or equal to the reference voltage, and output a low level signal when the level of the voltage of the battery 10 is less than the reference voltage.
  • the voltage of the battery 10 is changed to the first switch 120 or the second switch ( Even if input to 140 , the operating states of the first switch 120 and the second switch 140 may not be controlled to the turn-on state. Therefore, when the level of the voltage of the battery 10 input to the first input terminal (+) of the comparator is less than the level of the reference voltage, since a low-level signal is output as a control signal from the comparator, the first switch 120 The operation state of the may be controlled as a turn-off state.
  • the inverter 152 is connected to the output terminal O of the comparator to receive the control signal, generate the inverted signal with respect to the received control signal, and output the generated inverted signal to the second switch 140 .
  • the output low-level signal may be input to the inverter 152 .
  • the inverter 152 may generate a high level signal as an inverted signal and output the generated high level signal.
  • the high level signal output from the inverter 152 may be input to the second switch 140 after passing through the signal delay unit 160 . Accordingly, after the operation state of the first switch 120 is first converted to the turn-off state, the operation state of the second switch 140 may be converted to the turn-on state.
  • the battery management apparatus 100 may be provided in the battery pack 1 . That is, the battery pack 1 according to the present invention may include the battery management device 100 and one or more batteries 10 . In addition, the battery pack 1 may further include electrical equipment (relays, contactors, fuses, etc.) and a case.
  • the battery pack 1 may include the battery management apparatus 100 and the battery 10 .
  • the positive electrode P+ of the battery pack 1 , the battery 10 , and the negative electrode P ⁇ of the battery pack 1 may form a charge/discharge path L .
  • the load 20 may be connected to the positive electrode P+ of the battery pack 1 and the negative electrode P- of the battery pack 1 .
  • the embodiment of the present invention described above is not implemented only through the apparatus and method, and may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium in which the program is recorded.
  • the implementation can be easily implemented by those skilled in the art to which the present invention pertains from the description of the above-described embodiments.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 배터리의 온도에 따른 리튬 이온의 이동도를 고려하여 배터리를 관리할 수 있는 것으로서, 배터리의 온도가 특정 온도 이하가 되면 프로세싱 모듈에 의한 제어 없이도 배터리의 온도를 상승시킬 수 있는 배터리 관리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리의 온도가 특정 온도 이하로 내려가는 비상 상황에서, 시스템적인 프로세스를 거치지 않고도 발열 소자를 가열시켜 배터리의 온도를 상승시킴으로써, 배터리가 정상적으로 동작할 수 있게 할 수 있는 장점이 있다.

Description

배터리 관리 장치
본 출원은 2020년 07월 17일 자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2020-0089136호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 관리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 온도에 따른 리튬 이온의 이동도를 고려하여, 배터리를 관리할 수 있는 배터리 관리 장치에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 배터리는 전해액을 통해 리튬 이온이 양극에서 음극으로, 또는 음극에서 양극으로 이동되며 충전 또는 방전될 수 있다. 즉, 배터리는 리튬 이온의 이동에 의해 충전 또는 방전되는데, 배터리의 온도가 특정 온도 이하로 낮아지는 경우에는 전해액이 동결되어 리튬 이온의 이동도가 현저하게 저하될 수 있다. 예컨대, 배터리의 온도가 -40℃이하로 낮아지면, 리튬 이온의 이동도가 현저하게 저하되어 배터리가 충방전되지 않을 수 있다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위하여, 종래에는 배터리의 온도를 적정 온도로 유지시키기 위하여, 배터리의 온도가 임계 온도에 도달하면 히터를 구동하는 기술이 개발되었다(특허문헌 1).
구체적으로, 특허문헌 1은 온도 센서로 리튬 배터리의 온도를 측정하고, 리튬 배터리의 온도가 제1 임계 온도 이하이면 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여 배터리 히터에 전원을 공급하며, 리튬 배터리의 온도가 제2 임계 온도 이상이면 스위치의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하여 배터리 히터로 공급되는 전원을 차단하는 배터리 시스템을 개시하고 있다.
다만, 특허문헌 1의 배터리 시스템은 제어부(프로세싱 모듈)를 통해 리튬 배터리의 온도와 제1 임계 온도 및 제2 임계 온도를 비교하고, 비교 결과에 따라 스위치의 동작 상태를 직접 제어한다. 만약, 배터리 시스템의 전원이 오프된 상태에서 지속적으로 저온에 노출되어, 배터리 시스템의 내부 온도가 제어부가 동작될 수 있는 적정 온도 범위를 벗어난 경우, 제어부가 정상적으로 동작되지 않을 수 있다. 이러한 경우, 배터리의 온도와 제1 임계 온도가 비교될 수 없으며, 스위치의 동작 상태 또한 제어될 수 없는 문제가 있다.
따라서, 배터리의 온도가 특정 온도 이하가 되면, 프로세싱 모듈에 의하지 않고도 자동적으로 배터리의 온도를 상승시킬 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리의 온도가 특정 온도 이하가 되면 프로세싱 모듈에 의한 제어 없이도 배터리의 온도를 상승시킬 수 있는 배터리 관리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치는 배터리와 병렬로 연결되도록 구성된 히팅 셀; 상기 배터리를 충방전하기 위한 전류가 흐르는 충방전 경로와 상기 히팅 셀 사이에 연결되고, 동작 상태에 따라 상기 충방전 경로와 상기 히팅 셀 사이의 경로를 개폐하도록 구성된 제1 스위치; 상기 히팅 셀과 병렬로 연결되고, 상기 히팅 셀로부터 전류를 공급받으면 발열하여 상기 배터리의 온도를 상승시키도록 구성된 발열 소자; 상기 발열 소자와 상기 히팅 셀 사이에 연결되고, 동작 상태에 따라 상기 발열 소자와 상기 히팅 셀이 연결된 경로를 개폐하도록 구성된 제2 스위치; 및 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치에 각각 연결되고, 상기 배터리와 상기 제1 스위치 사이에 연결되어 상기 배터리의 전압을 입력받으며, 입력받은 전압에 따라 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 동작 상태를 각각 제어하도록 구성된 히팅 제어부를 포함할 수 있다.
상기 히팅 제어부는, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 동작 상태를 서로 상이하게 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 히팅 제어부는, 상기 입력받은 전압에 대응되는 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호의 반전 신호를 생성하며, 상기 제어 신호를 상기 제1 스위치로 출력하고, 상기 반전 신호를 상기 제2 스위치로 출력하도록 구성될 수 있다.
상기 발열 소자는, 상기 히팅 제어부에 의해 상기 제1 스위치의 동작 상태가 턴-오프 상태로 제어되고, 상기 제2 스위치의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어된 경우, 상기 히팅 셀로부터 공급받은 전류에 의해 발열하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 관리 장치는 상기 히팅 제어부와 상기 제2 스위치 사이에서 상기 반전 신호가 통과하는 경로에 구비되어, 상기 반전 신호가 상기 제2 스위치로 입력되는 시간을 지연시키도록 구성된 신호 지연부를 더 포함할 수 있다.
상기 반전 신호는, 상기 제어 신호가 상기 제1 스위치에 입력된 이후에 상기 제2 스위치에 입력되도록 구성될 수 있다.
상기 신호 지연부는, 상기 히팅 제어부와 상기 제2 스위치 사이에 연결되도록 구성된 저항; 및 일단이 상기 저항과 상기 제2 스위치 사이에 연결되고, 타단이 접지에 연결되도록 구성된 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 히팅 제어부는, 입력 단자를 통해 상기 배터리의 전압을 입력받고, 상기 입력받은 전압과 동일한 크기를 갖는 제어 신호를 생성하며, 생성된 제어 신호를 출력 단자를 통해 출력하도록 구성된 버퍼; 및 상기 버퍼의 출력 단자에 연결되어 상기 제어 신호를 입력받고, 입력받은 제어 신호에 대한 상기 반전 신호를 생성하며, 생성된 반전 신호를 상기 제2 스위치로 출력하도록 구성된 인버터를 포함할 수 있다.
상기 히팅 제어부는, 제1 입력 단자를 통해 상기 배터리의 전압을 입력받고, 제2 입력 단자를 통해 기준 전압을 입력받으며, 상기 배터리의 전압과 상기 기준 전압 간의 크기를 비교하여 신호 레벨이 서로 다른 하이 레벨 신호 또는 로우 레벨 신호를 상기 제어 신호로 생성하고, 생성된 제어 신호를 출력 단자를 통해 출력하도록 구성된 비교기; 및 상기 비교기의 출력 단자에 연결되어 상기 제어 신호를 입력받고, 입력받은 제어 신호에 대한 상기 반전 신호를 생성하며, 생성된 반전 신호를 상기 제2 스위치로 출력하도록 구성된 인버터를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 관리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리의 온도가 특정 온도 이하로 내려가는 비상 상황에서, 시스템적인 프로세스를 거치지 않고도 발열 소자를 가열시켜 배터리의 온도를 상승시킴으로써, 배터리가 정상적으로 동작할 수 있게 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면 발열 소자가 가열될 때 필요한 에너지는 히팅 셀로부터 공급받을 수 있기 때문에, 발열 소자를 가열하기 위하여 배터리의 에너지가 소비되지 않는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 배터리 팩의 예시적 구성을 보다 상세하게 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 배터리 팩의 예시적 구성을 보다 상세하게 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 배터리 팩의 예시적 구성을 보다 상세하게 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 히팅 셀(110), 제1 스위치(120), 발열 소자(130), 제2 스위치(140), 및 히팅 제어부(150)를 포함할 수 있다.
히팅 셀(110)은 배터리(10)와 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 배터리(10) 및/또는 히팅 셀(110)은, 음극 단자와 양극 단자를 구비하며, 물리적으로 분리 가능한 하나의 독립된 이차 전지를 의미할 수 있다. 다른 예로, 배터리(10) 및/또는 히팅 셀(110)은, 하나 이상의 이차 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 셀 어셈블리를 의미할 수 있다.
일반적으로, 배터리(10)의 온도가 특정 온도 이하인 경우, 배터리(10)에 포함된 리튬 이온의 이동도가 현저하게 저하되기 때문에, 배터리(10)가 정상적으로 방전되지 않을 수 있다. 예컨대, 배터리(10)의 온도가 약 -40℃ 이하인 경우, 전해액이 동결되어 리튬 이온의 이동도가 현저하게 저하되며, 배터리(10)의 전압은 약 0[V]에 가까울 수 있다. 즉, 리튬 이온의 이동도가 현저하게 저하되어, 배터리(10)가 충방전되지 않을 수 있다.
도 2의 실시예에서, 배터리(10)와 히팅 셀(110)은 서로 병렬로 연결될 수 있다.
제1 스위치(120)는 상기 배터리(10)를 충방전하기 위한 전류가 흐르는 충방전 경로(L)와 상기 히팅 셀(110) 사이에 연결되도록 구성될 수 있다.
여기서, 충방전 경로(L)는 배터리(10)가 부하(20)로부터 인가받는 충전 전류와 배터리(10)가 부하(20)로 출력하는 방전 전류가 흐르는 경로일 수 있다. 예컨대, 도 2의 실시예에서, 배터리 팩(1)의 양극(P+), 배터리(10), 및 배터리 팩(1)의 음극(P-)을 연결하는 경로가 충방전 경로(L)일 수 있다. 배터리(10)는 충방전 경로(L)를 통해 부하(20)로부터 충전 전류를 인가받거나, 부하(20)로 방전 전류를 출력할 수 있다.
도 2의 실시예에서, 제1 스위치(120)의 일단은 충방전 경로(L)에 연결될 수 있다. 그리고, 제1 스위치(120)의 타단은 히팅 셀(110)의 일단에 연결될 수 있다. 따라서, 히팅 셀(110)은 제1 스위치(120) 및 충방전 경로(L)를 통해 배터리(10)와 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 제1 스위치(120)는 동작 상태에 따라 상기 충방전 경로(L)와 상기 히팅 셀(110) 사이의 경로를 개폐하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 히팅 셀(110)은 제1 스위치(120)를 통해 충방전 경로(L)와 연결될 수 있다. 따라서, 제1 스위치(120)의 동작 상태에 따라 히팅 셀(110)과 충방전 경로(L) 사이의 경로가 개폐될 수 있다.
여기서, 제1 스위치(120)의 동작 상태는 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태일 수 있다. 예컨대, 제1 스위치(120)의 동작 상태가 턴-온 상태이면, 히팅 셀(110)과 충방전 경로(L)가 연결될 수 있다. 반대로, 제1 스위치(120)의 동작 상태가 턴-오프 상태이면, 히팅 셀(110)과 충방전 경로(L) 간의 연결이 차단될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 제1 스위치(120)의 동작 상태가 턴-온 상태이면, 히팅 셀(110)은 배터리(10)에 의해 충전될 수 있다.
발열 소자(130)는 상기 히팅 셀(110)과 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시예에서, 발열 소자(130)의 일단은 히팅 셀(110)의 일단과 연결되고, 발열 소자(130)의 타단은 히팅 셀(110)의 타단과 연결될 수 있다.
또한, 발열 소자(130)는 상기 히팅 셀(110)로부터 전류를 공급받으면 발열하여 상기 배터리(10)의 온도를 상승시키도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 발열 소자(130)는 전류가 흐르면 열을 발생시키는 소자일 수 있다. 예컨대, 발열 소자(130)에는 열전 소자, 발열 저항, 또는 발열 패드 등 히팅 셀(110)로부터 전류를 인가받으면 발열될 수 있는 구성이라면 제한 없이 적용될 수 있다.
도 2의 실시예에서, 발열 소자(130)는 히팅 셀(110)과 폐회로를 형성하여, 히팅 셀(110)로부터 전류를 공급받을 수 있다. 히팅 셀(110)에서 출력된 전류가 발열 소자(130)를 통과하면서, 발열 소자(130)는 가열되어 열을 발산할 수 있다.
바람직하게, 배터리 팩(1) 내부에서, 배터리(10)는 발열 소자(130)에서 발생된 열이 전도될 수 있는 위치에 구비될 수 있다. 즉, 발열 소자(130)에서 발생된 열은 배터리(10)에게 전도되고, 이로 인해 배터리(10)의 온도가 상승될 수 있다.
제2 스위치(140)는 상기 발열 소자(130)와 상기 히팅 셀(110) 사이에 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 2의 실시에에서, 제2 스위치(140)의 일단은 상기 히팅 셀(110)의 일단에 연결될 수 있다. 그리고, 제2 스위치(140)의 타단은 상기 발열 소자(130)의 일단에 연결될 수 있다. 즉, 히팅 셀(110)과 발열 소자(130)의 사이에 제2 스위치(140)가 연결될 수 있다. 따라서, 히팅 셀(110), 제2 스위치(140), 및 발열 소자(130)가 폐회로를 형성할 수 있다.
또한, 제2 스위치(140)는 동작 상태에 따라 상기 발열 소자(130)와 상기 히팅 셀(110)이 연결된 경로를 개폐하도록 구성될 수 있다.
여기서, 제2 스위치(140)의 동작 상태는 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태일 수 있다. 예컨대, 제2 스위치(140)의 동작 상태가 턴-온 상태이면, 히팅 셀(110)과 발열 소자(130)가 구비된 경로가 연결될 수 있다. 반대로, 제2 스위치(140)의 동작 상태가 턴-오프 상태이면, 히팅 셀(110)과 발열 소자(130) 간의 연결이 차단될 수 있다.
도 2의 실시예에서, 제2 스위치(140)의 동작 상태에 따라 히팅 셀(110)과 발열 소자(130)가 연결된 경로가 개폐될 수 있다. 만약, 제2 스위치(140)의 동작 상태가 턴-온 상태이면, 히팅 셀(110)과 발열 소자(130)는 서로 전기적으로 연결되어, 히팅 셀(110)에서 출력된 전류가 발열 소자(130)로 흐를 수 있다. 이 경우, 발열 소자(130)는 가열되고, 발열 소자(130)에서 발생된 열은 배터리(10)에게 전도될 수 있다.
히팅 제어부(150)는 상기 제1 스위치(120) 및 상기 제2 스위치(140)에 각각 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 히팅 제어부(150)는 제1 스위치(120) 및 제2 스위치(140)에 연결될 수 있다.
그리고, 히팅 제어부(150)는 상기 배터리(10)와 상기 제1 스위치(120) 사이에 연결되어 상기 배터리(10)의 전압을 입력받도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 히팅 제어부(150)의 전압 센싱 라인(SL)은 배터리(10)와 제1 스위치(120) 사이의 충방전 경로(L)에 연결될 수 있다. 그리고, 히팅 제어부(150)는 충방전 경로(L)에 연결된 전압 센싱 라인(SL)을 통해 배터리(10)의 전압을 입력받을 수 있다.
또한, 히팅 제어부(150)는 입력받은 전압에 따라 상기 제1 스위치(120) 및 상기 제2 스위치(140)의 동작 상태를 각각 제어하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 히팅 제어부(150)는, 상기 제1 스위치(120)와 상기 제2 스위치(140)의 동작 상태를 서로 상이하게 제어하도록 구성될 수 있다. 즉, 히팅 제어부(150)는 전압 센싱 라인(SL)을 통해 입력받은 배터리(10)의 전압에 따라, 제1 스위치(120)와 제2 스위치(140)의 동작 상태를 서로 상이하게 제어할 수 있다.
즉, 히팅 제어부(150)는 제1 스위치(120)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하고, 제2 스위치(140)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어할 수 있다. 이 경우, 배터리(10)에서 출력된 전류는 부하(20)로 인가되어, 부하(20)로 전력이 공급될 수 있다. 또한, 배터리(10)에서 출력된 전류는 제1 스위치(120)를 통해 히팅 셀(110)로 인가되어, 히팅 셀(110)이 충전될 수 있다.
또한, 히팅 제어부(150)는 제1 스위치(120)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하고, 제2 스위치(140)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다. 이 경우, 히팅 셀(110)에서 출력된 전류는 제2 스위치(140)를 통해 발열 소자(130)로 인가되어, 발열 소자(130)가 가열될 수 있다.
바람직하게, 배터리(10)가 정상적으로 방전되지 않는 저온 상황에서, 히팅 제어부(150)는 배터리(10)의 전압에 기반하여, 제2 스위치(140)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어함으로써 발열 소자(130)를 가열시킬 수 있다. 발열 소자(130)에서 발생된 열에 의해 배터리(10)의 온도가 상승하면, 점차 리튬 이온의 이동도가 증가되어, 배터리(10)가 정상적으로 방전될 수 있다. 이후, 배터리(10)의 온도가 상승하여 배터리(10)가 정상적으로 방전되면, 히팅 제어부(150)는 제2 스위치(140)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하여 발열 소자(130)가 가열되는 것을 중단시킬 수 있다. 그리고, 제어부는 제1 스위치(120)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여, 발열 소자(130)를 가열시키기 위해 방전된 히팅 셀(110)을 충전시킬 수 있다.
또한, 바람직하게, 히팅 셀(110)은 저온 상황에서도 동작될 수 있도록, 배터리(10)의 전해액보다 어는점이 낮은 전해액을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 히팅 셀(110)의 표면은 에어로겔(Aerogel) 등의 하나 이상의 단열재로 코팅될 수도 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는, 배터리(10)의 온도가 특정 온도 이하로 내려가는 비상 상황에서, 발열 소자(130)를 가열시켜 배터리(10)의 온도를 상승시킴으로써, 배터리(10)가 정상적으로 동작할 수 있게 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 발열 소자(130)가 가열될 때 필요한 에너지는 히팅 셀(110)로부터 공급받을 수 있기 때문에, 발열 소자(130)를 가열하기 위하여 배터리(10)의 에너지가 소비되지 않는 장점이 있다.
상기 히팅 제어부(150)는, 상기 입력받은 전압에 대응되는 제어 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제어 신호는 하이 레벨 신호 또는 로우 레벨 신호일 수 있다. 여기서, 하이 레벨 신호는 제1 스위치(120) 또는 제2 스위치(140)에 인가되면, 제1 스위치(120) 또는 제2 스위치(140)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있는 크기를 갖는 신호일 수 있다. 그리고, 로우 레벨 신호는 제1 스위치(120) 또는 제2 스위치(140)에 인가되더라도, 제1 스위치(120) 또는 제2 스위치(140)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 없는 크기를 갖는 신호일 수 있다.
예컨대, 배터리(10)의 온도가 특정 온도 이하로 내려간 경우, 리튬 이온의 이동도가 저하되기 때문에 전압 센싱 라인(SL)을 통해 입력되는 배터리(10)의 전압은 0[V]일 수 있다. 이 경우, 히팅 제어부(150)는 0[V]에 대응되는 크기를 갖는 제어 신호를 생성할 수 있다. 0[V]에 대응되는 크기를 갖는 제어 신호는 제1 스위치(120) 또는 제2 스위치(140)에 인가되더라도, 제1 스위치(120) 또는 제2 스위치(140)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있기 때문에, 0[V]에 대응되는 크기를 갖는 제어 신호는 로우 레벨 신호일 수 있다.
또한, 히팅 제어부(150)는 상기 제어 신호의 반전 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 생성된 제어 신호가 로우 레벨 신호인 경우, 반전 신호는 하이 레벨 신호일 수 있다. 반대로, 생성된 제어 신호가 하이 레벨 신호인 경우, 반전 신호는 로우 레벨 신호일 수 있다.
또한, 히팅 제어부(150)는 상기 제어 신호를 상기 제1 스위치(120)로 출력하고, 상기 반전 신호를 상기 제2 스위치(140)로 출력하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제1 스위치(120)와 제2 스위치(140)는 각각 로우 레벨 신호 또는 하이 레벨 신호를 입력받기 때문에, 히팅 제어부(150)에 의해서 제1 스위치(120)의 동작 상태와 제2 스위치(140)의 동작 상태는 서로 상이하게 제어될 수 있다.
예컨대, 제1 스위치(120)의 동작 상태가 턴-온 상태이면, 제2 스위치(140)의 동작 상태는 턴-오프 상태일 수 있다. 반대로, 제1 스위치(120)의 동작 상태가 턴-오프 상태이면, 제2 스위치(140)의 동작 상태는 턴-온 상태일 수 있다.
바람직하게, 상기 발열 소자(130)는, 상기 히팅 제어부(150)에 의해 상기 제1 스위치(120)의 동작 상태가 턴-오프 상태로 제어되고, 상기 제2 스위치(140)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어된 경우, 상기 히팅 셀(110)로부터 공급받은 전류에 의해 발열하도록 구성될 수 있다.
도 2의 실시예에서, 제1 스위치(120)의 동작 상태가 턴-오프 상태이고, 제2 스위치(140)의 동작 상태가 턴-온 상태인 경우, 히팅 셀(110)과 충방전 경로(L) 사이의 연결이 차단될 수 있다. 반면, 히팅 셀(110), 제2 스위치(140), 및 발열 소자(130)는 폐회로를 형성할 수 있다. 따라서, 히팅 셀(110)에서 출력되는 전류는 발열 소자(130)로 인가되어, 발열 소자(130)에서 열이 발생될 수 있다.
도 2의 실시예에서, 제1 스위치(120) 및 제2 스위치(140)의 동작 상태가 모두 턴-온 상태인 경우, 히팅 셀(110)에서 출력되는 전류는 발열 소자(130) 및 부하(20)로 인가될 수 있다.
만약, 배터리(10)의 온도가 특정 온도 이하인 경우, 히팅 셀(110)에서 출력되는 전류 중 일부가 부하(20)로 인가되어 손실되기 때문에, 발열 소자(130)의 발열이 신속하게 진행되지 않을 수 있다. 또한, 이러한 전류의 손실에 의해서, 발열 소자(130)를 가열하는데 소모되는 에너지가 지나치게 많이 소모되는 문제가 발생된다.
따라서, 히팅 제어부(150)는 제1 스위치(120)와 제2 스위치(140)의 동작 상태를 서로 상이하게 제어하여, 발열 소자(130)를 효율적으로 가열시킬 수 있는 장점이 있다.
도 3은 도 2의 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 보다 상세하게 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 히팅 제어부(150)는 버퍼(151) 및 인버터(152)를 포함할 수 있다.
버퍼(151)는 입력 단자를 통해 상기 배터리(10)의 전압을 입력받도록 구성될 수 있다.
도 3의 실시예에서, 전압 센싱 라인(SL)은 버퍼(151)의 제1 입력 단자(+)에 연결될 수 있다. 그리고, 버퍼(151)는 제1 입력 단자(+)에 연결된 전압 센싱 라인(SL)을 통해서 배터리(10)의 전압을 입력받을 수 있다.
또한, 버퍼(151)는 상기 입력받은 전압과 동일한 크기를 갖는 제어 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시예에서, 버퍼(151)는 전압 팔로워(Voltage follower)가 적용될 수 있다. 따라서, 버퍼(151)는 전압 센싱 라인(SL)을 통해 입력받은 배터리(10)의 전압과 동일한 크기를 갖는 제어 신호를 생성할 수 있다. 또한, 버퍼(151)는 배터리(10)와는 별도의 전압원을 통해서 5[V]의 구동 전압을 인가받아서 동작될 수 있다.
또한, 버퍼(151)는 생성된 제어 신호를 출력 단자(O)를 통해 출력하도록 구성될 수 있다.
인버터(152)는 상기 버퍼(151)의 출력 단자(O)에 연결되어 상기 제어 신호를 입력받도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 버퍼(151)의 출력 단자(O)에서 출력된 제어 신호는 제1 스위치(120) 및 인버터(152)로 입력될 수 있다.
예컨대, 도 3의 실시에에서, 버퍼(151)의 출력 단자(O)와 연결되어 제어 신호가 출력되는 라인은 분기점(BP)에서 제1 스위치(120)와 연결된 단위 라인과 인버터(152)와 연결된 단위 라인으로 분기될 수 있다. 따라서, 버퍼(151)에서 출력된 제어 신호는 제1 스위치(120)뿐만 아니라 인버터(152)에도 입력될 수 있다.
또한, 인버터(152)는 입력받은 제어 신호에 대한 상기 반전 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 인버터(152)는 입력된 신호와 반전된 출력을 가지는 논리 회로일 수 있다. 구체적으로, 버퍼(151)의 출력 단자(O)에서 출력된 제어 신호가 로우 레벨 신호인 경우, 인버터(152)는 하이 레벨 신호를 생성할 수 있다. 반대로, 버퍼(151)의 출력 단자(O)에서 출력된 제어 신호가 하이 레벨 신호인 경우, 인버터(152)는 로우 레벨 신호를 생성할 수 있다.
또한, 인버터(152)는 생성된 반전 신호를 상기 제2 스위치(140)로 출력하도록 구성될 수 있다.
도 3의 실시예에서, 제1 스위치(120)에서 출력된 제어 신호는 제1 스위치(120) 및 인버터(152)로 입력되고, 인버터(152)에서 출력된 반전 신호는 제2 스위치(140)로 입력될 수 있다. 따라서, 제1 스위치(120) 및 제2 스위치(140)의 동작 상태는 서로 상이하게 제어될 수 있다.
한편, 히팅 제어부(150)는 당업계에 알려진 중앙 처리 장치(Central processing unit, CPU), 마이크로컨트롤러(Microcontroller), 프로세서 또는 ASIC(Application-specific integrated circuit) 등의 프로세싱 모듈로 구성되지 않을 수 있다. 상술한 프로세싱 모듈은 적정 온도에서 정상적으로 동작되게 제작될 수 있다. 따라서, 리튬 이온의 이동도가 현저하게 저하되는 극한의 저온 상황에서는, 상술한 프로세싱 모듈이 정상적으로 동작되지 않을 수 있다. 즉, 배터리(10)가 정상적으로 방전되지 않는 비상 상황에서, 프로세싱 모듈도 동작되지 않는 경우가 발생될 수 있다.
반면, 도 3을 참조하면, 히팅 제어부(150)는 전압 센싱 라인(SL)을 통해 입력되는 배터리(10)의 전압에 대응되도록 제어 신호 및 반전 신호를 자동적으로 생성하여 출력할 수 있는 하나 이상의 소자로 구성될 수 있다. 따라서, 배터리(10)가 정상적으로 방전되지 않는 저온 상황에서도, 히팅 제어부(150)는 제1 스위치(120) 및 제2 스위치(140)를 자동적으로 제어하여 발열 소자(130)를 가열할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는, 별도의 프로세싱 모듈이 구비되지 않은 히팅 제어부(150)를 이용함으로써, 배터리(10)가 정상적으로 방전되지 않는 비상 상황을 신속하게 해결할 수 있는 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 제어 신호가 제1 스위치(120)에 입력된 후 반전 신호가 제2 스위치(140)에 입력되게 하기 위하여, 제2 스위치(140)에 대한 반전 신호의 입력 시간을 지연시키도록 구성된 신호 지연부(160)를 더 포함할 수 있다.
신호 지연부(160)는 상기 히팅 제어부(150)와 상기 제2 스위치(140) 사이에서 상기 반전 신호가 통과하는 경로에 구비되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 히팅 제어부(150)에서 출력되는 반전 신호는 신호 지연부(160)를 통과하여 제2 스위치(140)로 입력될 수 있다.
예컨대, 도 4의 실시예에서, 신호 지연부(160)는 히팅 제어부(150)와 제2 스위치(140) 사이의 경로에 구비될 수 있다. 그리고, 신호 지연부(160)가 구비된 경로를 통해 반전 신호가 히팅 제어부(150)로부터 제2 스위치(140)로 입력될 수 있다.
또한, 신호 지연부(160)는 상기 반전 신호가 상기 제2 스위치(140)로 입력되는 시간을 지연시키도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 반전 신호는, 상기 제어 신호가 상기 제1 스위치(120)에 입력된 이후에 상기 제2 스위치(140)에 입력되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 신호 지연부(160)는 히팅 제어부(150)에서 출력된 제어 신호가 제1 스위치(120)에 먼저 입력되도록, 히팅 제어부(150)에서 출력된 반전 신호가 제2 스위치(140)에 입력되는 시간을 지연시킬 수 있다.
도 5는 도 4의 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 보다 상세하게 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 신호 지연부(160)는, 저항(161) 및 커패시터(162)를 포함하도록 구성될 수 있다.
저항(161)은 상기 히팅 제어부(150)와 상기 제2 스위치(140) 사이에 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 5의 실시예에서, 저항(161)의 일단은 인버터(152)의 출력 단자(O)에 연결될 수 있다. 그리고, 저항(161)의 타단은 제2 스위치(140)에 연결될 수 있다. 즉, 인버터(152)의 출력 단자(O)에서 출력된 반전 신호는 저항(161)을 통과하여 제2 스위치(140)로 입력될 수 있다.
커패시터(162)는 일단이 상기 저항(161)과 상기 제2 스위치(140) 사이에 연결되고, 타단이 접지에 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 5의 실시예에서, 커패시터(162)의 일단은 저항(161)과 제2 스위치(140) 사이의 경로에 연결될 수 있다. 그리고, 커패시터(162)의 타단은 충방전 경로(L) 중 배터리(10)와 배터리 팩(1)의 음극(P-) 사이의 경로에 연결될 수 있다. 즉, 도 5의 실시예에서, 커패시터(162)의 타단은 충방전 경로(L)의 접지와 연결될 수 있다. 도 5의 실시예와 달리, 커패시터(162)의 타단은 별도의 접지에 연결될 수도 있다.
도 5를 참조하면, 신호 지연부(160)는 저항(161)과 커패시터(162)를 포함하는 RC 필터로 구성될 수 있다. 구체적으로, 인버터(152)에서 출력되는 반전 신호는 저항(161)을 통과한 후 커패시터(162) 입력되어, 커패시터(162)가 충전된 후에 제2 스위치(140)로 입력될 수 있다. 즉, 커패시터(162)가 입력받은 반전 신호에 의해 충전되는 시간만큼, 반전 신호가 제2 스위치(140)로 입력되는 시간이 지연될 수 있다. 반면, 버퍼(151)에서 출력된 제어 신호는 신호 지연부(160)를 통과하지 않고 제1 스위치(120)로 입력되기 때문에, 제어 신호가 제1 스위치(120)에 입력된 후 반전 신호가 제2 스위치(140)에 입력될 수 있다.
예컨대, 배터리(10)의 온도가 정상 온도 범위에 속하여, 배터리(10)가 정상적으로 방전되는 상황이라고 가정한다. 이 경우, 제1 스위치(120)의 동작 상태는 턴-온 상태이고, 제2 스위치(140)의 동작 상태는 턴-오프 상태일 수 있다. 이후, 배터리(10)의 온도가 특정 온도 이하로 하락하면, 히팅 제어부(150)에서 출력되는 제어 신호는 로우 레벨 신호이고, 반전 신호는 하이 레벨 신호일 수 있다. 만약, 제2 스위치(140)로의 반전 신호의 입력이 제1 스위치(120)로의 제어 신호의 입력보다 앞선다면, 순간적으로 제1 스위치(120) 및 제2 스위치(140)의 동작 상태가 모두 턴-온 상태일 수 있다. 이 경우, 히팅 셀(110)에서 출력되는 전류 중 일부가 부하(20)로 인가되어 손실되기 때문에, 발열 소자(130)의 발열이 신속하게 진행되지 않을 수 있다. 또한, 이러한 전류의 손실에 의해서, 발열 소자(130)를 가열하는데 소모되는 에너지가 지나치게 많이 소모되는 문제가 발생된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)는 제2 스위치(140)로 반전 신호가 입력되는 시간을 지연시킴으로써, 제1 스위치(120)의 동작 상태가 먼저 전환된 후 제2 스위치(140)의 동작 상태가 전환되도록 하여, 상술한 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.
도 6은 도 5의 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 보다 상세하게 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 제1 스위치(120) 및 제2 스위치(140)는 N채널 MOSFET(Metal-oxide semiconductor field effect transistor)가 적용될 수 있다.
구체적으로, 제1 스위치(120)의 게이트 단자(G)는 분기점(BP)에 연결되고, 드레인 단자(D)는 충방전 경로(L)에 연결되며, 소스 단자(S)는 히팅 셀(110)에 연결될 수 있다. 그리고, 제2 스위치(140)의 게이트 단자(G)는 저항(161)의 타단과 커패시터(162)의 일단 사이에 연결되고, 드레인 단자(D)는 제1 스위치(120)의 소스 단자(S)와 히팅 셀(110) 사이에 연결되며, 소스 단자(S)는 발열 소자(130)에 연결될 수 있다.
도 6의 실시예에서, 배터리(10)의 온도가 특정 온도 이하로 하락하여 배터리(10) 내부의 리튬 이온의 이동도가 현저하게 저하된 경우, 제1 스위치(120)의 동작 상태는 턴-오프 상태로 제어되고, 제2 스위치(140)의 동작 상태는 턴-온 상태로 제어될 수 있다. 이 경우, 제1 스위치(120)에 포함된 바디 다이오드를 통해 히팅 셀(110)로부터 충방전 경로(L)으로 미세 전류가 흐를 수 있다. 하지만, 일반적으로, MOSFET에 포함된 바디 다이오드를 통해 흐르는 미세 전류의 크기는 무시할 수 있을 정도로 매우 작기 때문에, 히팅 셀(110)에서 출력되는 전류의 대부분이 발열 소자(130)로 인가되어 발열 소자(130)가 신속하게 가열될 수 있다.
한편, 도 6의 실시예에서, 제1 스위치(120)에 포함된 바디 다이오드를 통해 흐르는 미세 전류도 차단하기 위하여 제3 스위치(미도시)가 제1 스위치(120)와 충방전 경로(L) 사이에 더 구비될 수 있다.
즉, 배터리 팩(1)은 제1 스위치(120)와 충방전 경로(L) 사이에 제3 스위치를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 제3 스위치는 드레인 단자가 제1 스위치(120)의 드레인 단자(D)에 연결되고, 소스 단자가 충방전 경로(L)에 연결되며, 게이트 단자가 분기점(BP)에 연결될 수 있다. 그리고, 제3 스위치에 포함된 바디 다이오드는 제1 스위치(120)를 향하는 방향을 정방향으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 제3 스위치에 포함된 바디 다이오드는 제3 스위치의 소스 단자에서 드레인 단자를 향하는 방향을 정방향으로 구성될 수 있다.
그리고, 제3 스위치의 동작 상태는 제1 스위치(120)의 동작 상태와 동일하게 제어될 수 있다. 구체적으로, 히팅 제어부(150)에 의해 제1 스위치(120)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어되면, 히팅 제어부(150)에 의해 제3 스위치의 동작 상태 또한 턴-온 상태로 제어될 수 있다. 또한, 히팅 제어부(150)에 의해 제1 스위치(120)의 동작 상태가 턴-오프 상태로 제어되면, 히팅 제어부(150)에 의해 제3 스위치의 동작 상태 또한 턴-오프 상태로 제어될 수 있다.
예컨대, 배터리(10)의 온도가 특정 온도 이하로 하락하여 배터리(10) 내부의 리튬 이온의 이동도가 현저하게 저하된 경우, 제1 스위치(120) 및 제3 스위치의 동작 상태가 턴-오프 상태로 제어되고, 제2 스위치(140)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어될 수 있다. 이 경우, 제1 스위치(120)에 포함된 바디 다이오드를 통해 히팅 셀(110)로부터 충방전 경로(L)으로 흐르는 미세 전류가 제3 스위치에 의해 차단될 수 있다. 따라서, 히팅 셀(110)에서 출력된 전류가 제2 스위치(140)를 통해 발열 소자(130)로 전부 인가될 수 있으므로, 발열 소자(130)의 가열이 보다 신속하게 진행될 수 있다.
한편, 제1 스위치(120), 제2 스위치(140), 및 제3 스위치는 N채널 MOSFET으로만 제한되지 않고, P채널 MOSFET, FET, 릴레이, 또는 컨택터 등 설치된 경로를 개폐할 수 있는 스위칭 소자라면 제한 없이 적용될 수 있음을 유의한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 관리 장치(100)를 포함하는 배터리 팩(1)의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 히팅 제어부(150)는, 비교기 및 인버터(152)를 포함할 수 있다.
여기서, 비교기는 제1 입력 단자(+)를 통해 입력받은 제1 신호의 크기와 제2 입력 단자(-)를 통해 입력받은 제2 신호의 크기를 비교하고, 비교 결과에 대응되는 출력 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
비교기는 제1 입력 단자(+)를 통해 상기 배터리(10)의 전압을 입력받도록 구성될 수 있다. 즉, 비교기의 제1 입력 단자(+)는 전압 센싱 라인(SL)과 연결될 수 있다.
또한, 비교기는 제2 입력 단자(-)를 통해 기준 전압을 입력받도록 구성될 수 있다. 여기서, 기준 전압은 제1 스위치(120) 또는 제2 스위치(140)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있는 최저 전압으로 설정될 수 있다.
또한, 비교기는 상기 배터리(10)의 전압과 상기 기준 전압 간의 크기를 비교하여 신호 레벨이 서로 다른 하이 레벨 신호 또는 로우 레벨 신호를 상기 제어 신호로 생성하고, 생성된 제어 신호를 출력 단자(O)를 통해 출력하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 비교기는 배터리(10)의 전압의 크기가 기준 전압의 크기 이상이면 하이 레벨 신호를 출력하고, 배터리(10)의 전압의 크기가 기준 전압의 크기 미만이면 로우 레벨 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 7의 실시예에서, 배터리(10)의 온도가 점차 하락하여 배터리(10)의 온도가 특정 온도 이하가 되면, 배터리(10)의 전압은 제1 스위치(120) 또는 제2 스위치(140)에 입력되더라도 제1 스위치(120) 및 제2 스위치(140)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 없을 수 있다. 따라서, 비교기의 제1 입력 단자(+)로 입력되는 배터리(10)의 전압의 크기가 기준 전압의 크기 미만이 되면, 비교기에서 제어 신호로써 로우 레벨 신호가 출력되기 때문에, 제1 스위치(120)의 동작 상태가 턴-오프 상태로 제어될 수 있다.
인버터(152)는 상기 비교기의 출력 단자(O)에 연결되어 상기 제어 신호를 입력받고, 입력받은 제어 신호에 대한 상기 반전 신호를 생성하며, 생성된 반전 신호를 상기 제2 스위치(140)로 출력하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 7의 실시예에서, 비교기에서 제어 신호로써 로우 레벨 신호가 출력되면, 출력된 로우 레벨 신호는 인버터(152)에 입력될 수 있다. 그리고, 인버터(152)는 반전 신호로써 하이 레벨 신호를 생성하고, 생성한 하이 레벨 신호를 출력할 수 있다. 그리고, 인버터(152)에서 출력된 하이 레벨 신호는 신호 지연부(160)를 통과한 후, 제2 스위치(140)로 입력될 수 있다. 따라서, 제1 스위치(120)의 동작 상태가 턴-오프 상태로 먼저 전환된 후, 제2 스위치(140)의 동작 상태가 턴-온 상태로 전환될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는, 배터리 팩(1)에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 배터리 관리 장치(100) 및 하나 이상의 배터리(10)를 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩(1)은, 전장품(릴레이, 컨택터, 퓨즈 등) 및 케이스 등을 더 포함할 수 있다.
예컨대, 도 2 내지 도 7을 참조하면, 배터리 팩(1)은 배터리 관리 장치(100) 및 배터리(10)를 포함할 수 있다. 그리고, 배터리 팩(1)의 양극(P+), 배터리(10), 및 배터리 팩(1)의 음극(P-)은 충방전 경로(L)를 형성할 수 있다. 또한, 배터리 팩(1)의 양극(P+)과 배터리 팩(1)의 음극(P-)에는 부하(20)가 연결될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
(부호의 설명)
1: 배터리 팩
10: 배터리
20: 부하
100: 배터리 관리 장치
110: 히팅 셀
120: 제1 스위치
130: 발열 소자
140: 제2 스위치
150: 히팅 제어부
151: 버퍼
152: 인버터
153: 비교기
160: 신호 지연부
161: 저항
162: 커패시터

Claims (10)

  1. 배터리와 병렬로 연결되도록 구성된 히팅 셀;
    상기 배터리를 충방전하기 위한 전류가 흐르는 충방전 경로와 상기 히팅 셀 사이에 연결되고, 동작 상태에 따라 상기 충방전 경로와 상기 히팅 셀 사이의 경로를 개폐하도록 구성된 제1 스위치;
    상기 히팅 셀과 병렬로 연결되고, 상기 히팅 셀로부터 전류를 공급받으면 발열하여 상기 배터리의 온도를 상승시키도록 구성된 발열 소자;
    상기 발열 소자와 상기 히팅 셀 사이에 연결되고, 동작 상태에 따라 상기 발열 소자와 상기 히팅 셀이 연결된 경로를 개폐하도록 구성된 제2 스위치; 및
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치에 각각 연결되고, 상기 배터리와 상기 제1 스위치 사이에 연결되어 상기 배터리의 전압을 입력받으며, 입력받은 전압에 따라 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 동작 상태를 각각 제어하도록 구성된 히팅 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히팅 제어부는,
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 동작 상태를 서로 상이하게 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 히팅 제어부는,
    상기 입력받은 전압에 대응되는 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호의 반전 신호를 생성하며, 상기 제어 신호를 상기 제1 스위치로 출력하고, 상기 반전 신호를 상기 제2 스위치로 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발열 소자는,
    상기 히팅 제어부에 의해 상기 제1 스위치의 동작 상태가 턴-오프 상태로 제어되고, 상기 제2 스위치의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어된 경우, 상기 히팅 셀로부터 공급받은 전류에 의해 발열하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 히팅 제어부와 상기 제2 스위치 사이에서 상기 반전 신호가 통과하는 경로에 구비되어, 상기 반전 신호가 상기 제2 스위치로 입력되는 시간을 지연시키도록 구성된 신호 지연부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반전 신호는,
    상기 제어 신호가 상기 제1 스위치에 입력된 이후에 상기 제2 스위치에 입력되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 신호 지연부는,
    상기 히팅 제어부와 상기 제2 스위치 사이에 연결되도록 구성된 저항; 및
    일단이 상기 저항과 상기 제2 스위치 사이에 연결되고, 타단이 접지에 연결되도록 구성된 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 히팅 제어부는,
    입력 단자를 통해 상기 배터리의 전압을 입력받고, 상기 입력받은 전압과 동일한 크기를 갖는 제어 신호를 생성하며, 생성된 제어 신호를 출력 단자를 통해 출력하도록 구성된 버퍼; 및
    상기 버퍼의 출력 단자에 연결되어 상기 제어 신호를 입력받고, 입력받은 제어 신호에 대한 상기 반전 신호를 생성하며, 생성된 반전 신호를 상기 제2 스위치로 출력하도록 구성된 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 히팅 제어부는,
    제1 입력 단자를 통해 상기 배터리의 전압을 입력받고, 제2 입력 단자를 통해 기준 전압을 입력받으며, 상기 배터리의 전압과 상기 기준 전압 간의 크기를 비교하여 신호 레벨이 서로 다른 하이 레벨 신호 또는 로우 레벨 신호를 상기 제어 신호로 생성하고, 생성된 제어 신호를 출력 단자를 통해 출력하도록 구성된 비교기; 및
    상기 비교기의 출력 단자에 연결되어 상기 제어 신호를 입력받고, 입력받은 제어 신호에 대한 상기 반전 신호를 생성하며, 생성된 반전 신호를 상기 제2 스위치로 출력하도록 구성된 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.
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